基于風光互補的微電網電動車無線充電的研究

蔣義然 保定理工學院 吳輝 北京三一重能有限公司

引言

電動汽車充電問題是制約電動汽車迅速發展的關鍵性問題之一。采用微電網利用新能源為電動汽車供電，不僅可以促進汽車產業的發展，推動經濟發展，還可緩解目前的環境污染問題。本文對風光互補微電網為電動汽車無線充電系統進行研究，將電動汽車無線充電并入微電網中，采取獨立供電方式，采用分層控制策略進行協調控制，實現微電網為電動汽車無線充電的目的。

一、風光互補微電網為電動汽車無線充電系統及其控制策略研究

為充分研究風光互補微電網為電動汽車無線充電系統各部分的原理及運行特性建立系統整體結構圖如圖1,對系統的各部分分別進行分析,在此基礎上設計控制策略，包括上層中心控制器和底層控制器。

圖1 風光互補微電網電動汽車無線充電系統結構圖

系統的一次部分主要由(1)光伏發電單元和蓄電池儲能裝置；（2）永磁風力發電單元；(3)無線充電部分；(4)負荷和車載電池等組成。

(1)光伏發電部分包括光伏發電單元、DC/DC 變換器和蓄電池單元，光伏發電單元與通過雙向DC/DC 變換器進行充放電控制的蓄電池并聯在直流母線上。

(2)永磁風力發電部分包括風力機、永磁同步發電機、AC/DC 變換器及DC/DC 變換器共同組成，風力機帶動永磁發電機發電,AC/DC 變換器將永磁發電機輸出的三相交流電整流成直流電,控制DC/DC 變換器輸出的整流電壓，實現風電的MPPT 運行。

(3)無線充電部分包括DC/DC 變換器、DC/AC 高頻逆變器、收發線圈及相應調諧電容。光伏微電網發出的電能經DC/DC 變換器、DC/AC 高頻逆變器逆變為20kHz 高頻電壓為無線傳輸系統發射端供電,諧振式系統將電能高效地傳到接收端為下級負荷供電。

(4)車載電池系統包括AC/DC 整流器、DC/DC 變換器和車載電池,AC/DC 整流器將20kHz 高頻電壓變換成直流,通過DC/DC 變換器實現車載電池的充電控制。

二次部分的控制系統主要包括上層中心控制器和底層控制器。上層中心控制器主要實現對系統運行模式進行判斷、選擇和底層控制器的選擇及參數設置；底層控制器包括蓄電池充放電控制器、永磁風力發電MPPT 控制器、高頻逆變器側直流母線端電壓控制器和車載電池充電控制器。在上層中心控制器和底層控制器的協調工作下,風光互補微電網通過無線充電系統為電動汽車充電提供穩定、高效的電能。

二、系統仿真模型建立

為驗證所設計控制策略的合理性與可行性,本文使用Matlab/Simulink 軟件對圖1 所示的風光互補微電網為電動汽車無線充電系統進行了建模仿真。首先在Matlab/Simulik 對系統各部分分別建模,包括：(1)光伏發電單元；（2）巧永磁風力發電單元；(3)無線充電部分；(4)電動汽車車載電池,并對各部分進行控制器設計,在此基礎上設計中心控制器,最后對系統進行整體仿真。

(1）光伏發電仿真模型

對一天光照強度進行模擬,設定溫度為25oC,,根據德國能源研究所多年的光伏發電數據為依據,得到不同光照下,光伏對應輸出的Pmpp-Umpp 數據,建立如圖2 所示的仿真模型,光伏單元額定發電功率為lOOkW。

圖2 光伏發電仿真模型

(2）風力發電仿真模型

由于本文所選擇風力發電系統容量相對于光伏較小,所以通過對光伏的輸出功率來有效維持整個系統的功率平衡。永磁風力發電機的仿真模型如圖3 所示。

圖3 風力發電仿真模型

(3）無線電能傳輸仿真模型

無線電能傳輸系統根據車載電池充電要求,將來自直流母線的不穩定的電壓通過DC/DC 降壓變換器整合成相應穩定電壓給發射端供電，經AC/DC 整流器濾波電容C 后為車載電池供電。無線電能傳輸仿真模型如圖4 所示

圖4 無線電能傳輸仿真模型

(4）車載電池仿真模型

車載電池模型如圖5 所示，主要包括車載電池和DC/DC 充電控制器,其中蓄電池由192 節電池串聯而成，總容量為l00Ah，額定電壓為384V，并且本文搭建的模型能夠顯示電池的充電狀態。

圖5 車載電池仿真模型

三、系統仿真分析

對風光互補微電網為電動汽車無線充電整體系統仿真結果進行詳細分析,表明在所設的分層控制器的控制之下，無論光照、風速、電動汽車的接入數量和功率如何變化，系統均能為電動汽車無線充電和負荷提供穩定、可靠的電能。